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目录12.2.2声辐射的积分公式及其近似解法…59159412.2.4阵中的相互作用效应………59812.2.5弯曲圆板换能器阵的互阻抗………608S12.3阵的方向性…60912.3.1计算阵方向性的一般方法…。61012.3.2在频带内的方向性………61512.3.3圆柱阵，球阵和宽带恒定束宽阵12.3.4性能的不一致性对阵方向性的影响……625S12.4声源、水听器和声基阵…62912.4.1概述……62912.4.2声源、水听器和阵………6346125测量技术…64712.5.1耦合腔中互易参量的理论计算和灵敏度的修正…64712.5.3脉冲平衡比较法精确测定水听器的相位…652125.4压电材料机电性能的测量…657参考文献……658附录I海水吸收系数α数值表…661…668《现代声学科学与技术丛书》已出版书目675第一章信号、信道及声呐方程水声学是一门新兴学科，主要研究声波在水下的辐射、传播与接收，用以解决与水下目标探测和信息传输过程有关的各种声学问题声波是目前在海洋中唯一能够远距离传播的能量辐射形式.因此作为信息载体的声波，在海洋中所形成的声场的时空结构，就成为近代水声学的基本研究内容而提取海洋中声场信息的结构是我们用来进行水下探测、识别、通信及环境监测等的手段.例如，远距离目标探测，海洋资源开发，鱼群探测及海洋动力过程（内波，环流…)的遥测等.不言而喻，这些对于国民经济、国防建设和科学研究等方面都具有重要意义，海洋中的声场信息结构，一方面既与发射接收系统本身的信息结构有关，另一方面又与海洋信道的影响有关；海洋信道在线性声学范围内相当于对发射信号进行线性变换（线性网络）为使读者对第二章到第十二章所论述的每个专门问题有一个整体概念，并了解每个局部的专门问题在整个声场信息结构的形成和提取过程中所处的地位，本章包括下列内容：§1.1引入由信噪比(S/N),△T,△0，△2（分别代表信号是否存在，目标的距离、方位、速度)所构成的水声学的信息空间；§12简要讨论信号本身的分辨能力；§1.3概述水声信道带来的信息损失影响[包括(S/N)的衰减，△r,△2，△0的扩展：最后，S1.4给出综合反映信号（系统）的性能、信道影响及探测要求的相互关系的表式一声呐方程§1.1水声学的信息空间从探测目标的角度来讲，中心问题是发现目标，并确定目标的距离、方位、速度和目标类型等.这就是通常所谓的目标信号的检测，目标信号的参量估计和目标信号的识别等问题目标的距离信息和速度信息分别由信号沿传播方向的延时T和多普勒频移2提供，目标的方位角0和深度信息依靠对声波波场的多点空间采样获取，而目标的识别（分类）则是通过对目标信号的“特征提取”，然后由“鉴别”运算来完成的.因此，水声学的信息空间I是由T,2,9,c引构成的多维空间，其中c引是目标识别子空间（它的维数）由特征数决定).如果我们暂不考虑目标的深度信息及识别分类问题，则水声信息空间可以看做是三维空间I(r,2,)(见图1.1.1)2第一章信号、信道及声呐方程图1.1.1若在探测之前对目标没有任何先验的信息，则初始信息量对应于由N个等概率事件所规定的不确定性，于是按信息量定义为(1.1.1)其中N是信息空间I(r,2,)在一定探测要求下的量化分隔总数；k为常数.若经过探测获得了一个完全确定的目标，即空间中的一个点(，2，)，它对应于概率为1的事件，因此，由不确知到完全确知所获信息量的增益为△I=I-o=-kln1N(1.1.2)由于探测系统本身的分辨能力以及信道的随机模糊干扰，实际探测过程只能取得对目标知识的部分改善，即只能知道目标是处在I(r,2,)空间的某个有限范围内.此时，对目标的描述不能以确定点(，2,0)来代表，而只能看做是一个有限体积的“雾团”（见图1.1.1）这个“雾团”的范围愈大，对目标了解的不确定性就愈大，也就是模糊性比较大.简单地，可以用它所占有的等效量化分隔数N。来代表“雾团”的体积：(1.1.3)对应于N。所获信息增益为△I=-kln)()(..(1.1.4)即目标的模糊范围△T,△2，△0愈小，信息增益就愈大，S1.2声呐信号及系统的分辨能力以上讨论的是无背景干扰的情况：实际上，不论接收系统和信道总是存在加性背景干扰的.在有背景噪音干扰情况下，信号是否存在本身就具有一定的不确定性，其不确定性的程度可由信噪比(S/N)来描述.因此，在式(1.1.4)中还要引入(S/N)的影响，这里从略目标信息的模糊来源于两方面：一方面是探测系统本身固有的有限分辨能力，例如用以载荷信息的信号本身的模糊度；另一方面来源于信息传输通道（信道）的模糊效应，例如随机空变信道所产生的角模糊，随机时变信道产生的延时模糊等而接收的信噪比(S/N),也同样受探测系统本身的信号功率和信道的能量耗损程度及加性干扰程度的约制，例如混响背景下的主动式声呐，其信噪比为(S/N)={(SL-2TL)+TS-RL),(1.1.5)其中SL为声源级，表示发射信号的强度大小：TL为传播损失，代表信道的能量保持能力；TS为目标反射强度；RL为混响级代表信道的干扰程度.这些量是水声物理研究的部分基本内容，其定义将在后面给出经典的水声传播研究主要涉及能量传输因子.当然，对于有噪声背景干扰的情况，任何探测系统的工作总是需要有一定的(S/N)的.但是，当探测系统具有比较先进的信号处理手段时，要评价它或使其最佳化，仅有能量传输因子就不够了，此时，传播问题必须从信道的观点，即从传输通道对于信号中所载信息的保持能力的观点去研究.从这个意义来说，与能量耗损相联系的(S/N)已经不是评价和设计声呐系统的“充分”参数了，但它仍然不失为“必要的”参数.因此，对声场的平均能量结构的研究，仍然是水声学中最基本的课题之一，此问题在本书第四章、第五章中将详细讨论下面扼要介绍声呐系统本身的探测分辨能力和信道对信号的分辨影响.§1.2声呐信号及系统的分辨能力为了便于讨论，我们将信息空间中的T,2分辨能力与0分辨能力分开来考虑.当已获得目标的方位信息时（对准），由接收信号的延时τ和频移2给出目标信息为此，Woodward!引进了信号模糊度函数gss(r,2)作为在信息空间中信号S(t)所对应的“雾团”大小的定量描写，即(1.2.1)其中xss(T,2)为信号的频移自相关函数：S(t)S(t+T）e-indt,(1.2.2)